16.1: Homeostase e osmorregulação
- Page ID
- 179146
A homeostase se refere ao estado relativamente estável dentro do corpo de um animal. Os órgãos e sistemas orgânicos dos animais se ajustam constantemente às mudanças internas e externas para manter esse estado estável. Exemplos de condições internas mantidas homeostaticamente são o nível de glicose no sangue, temperatura corporal e nível de cálcio no sangue. Essas condições permanecem estáveis devido aos processos fisiológicos que resultam em relações negativas de feedback. Se a glicose ou o cálcio no sangue aumentarem, isso envia um sinal aos órgãos responsáveis pela redução da glicose ou do cálcio no sangue. Os sinais que restauram os níveis normais são exemplos de feedback negativo. Quando os mecanismos homeostáticos falham, os resultados podem ser desfavoráveis para o animal. Os mecanismos homeostáticos mantêm o corpo em equilíbrio dinâmico, ajustando-se constantemente às mudanças que os sistemas do corpo enfrentam. Até mesmo um animal aparentemente inativo está mantendo esse equilíbrio homeostático. Dois exemplos de fatores que são regulados homeostaticamente são a temperatura e o teor de água. Os processos que mantêm a homeostase desses dois fatores são chamados de termorregulação e osmorregulação.
Homeostase
O objetivo da homeostase é a manutenção do equilíbrio em torno de um valor específico de algum aspecto do corpo ou de suas células, chamado de ponto de ajuste. Embora haja flutuações normais em relação ao ponto de ajuste, os sistemas do corpo geralmente tentam voltar a esse ponto. Uma mudança no ambiente interno ou externo é chamada de estímulo e é detectada por um receptor; a resposta do sistema é ajustar as atividades do sistema para que o valor volte para o ponto de ajuste. Por exemplo, se o corpo ficar muito quente, ajustes são feitos para resfriar o animal. Se os níveis de glicose no sangue aumentarem após uma refeição, ajustes são feitos para diminuí-los e levar o nutriente aos tecidos que precisam dele ou armazená-lo para uso posterior.
Quando ocorre uma mudança no ambiente de um animal, um ajuste deve ser feito para que o ambiente interno do corpo e das células permaneça estável. O receptor que detecta a mudança no ambiente faz parte de um mecanismo de feedback. O estímulo — temperatura, níveis de glicose ou cálcio — é detectado pelo receptor. O receptor envia informações para um centro de controle, geralmente o cérebro, que transmite sinais apropriados para um órgão efetor capaz de causar uma alteração apropriada, seja para cima ou para baixo, dependendo das informações que o sensor estava enviando.
Termorregulação
Os animais podem ser divididos em dois grupos: aqueles que mantêm uma temperatura corporal constante em face das diferentes temperaturas ambientais e aqueles que têm uma temperatura corporal igual à do ambiente e, portanto, varia com a temperatura ambiente. Animais que não têm controle interno da temperatura corporal são chamados de ectotérmicos. A temperatura corporal desses organismos é geralmente semelhante à temperatura do ambiente, embora os organismos individuais possam fazer coisas que mantenham seus corpos ligeiramente abaixo ou acima da temperatura ambiental. Isso pode incluir cavar no subsolo em um dia quente ou descansar sob a luz do sol em um dia frio. Os ectotérmicos são chamados de sangue frio, um termo que pode não se aplicar a um animal no deserto com uma temperatura corporal muito quente.
Um animal que mantém uma temperatura corporal constante diante das mudanças ambientais é chamado de endoterma. Esses animais são capazes de manter um nível de atividade que um animal ectotérmico não consegue, pois geram calor interno que mantém seus processos celulares funcionando de maneira ideal, mesmo quando o ambiente está frio.
CONCEITO EM AÇÃO
Assista a este vídeo do Discovery Channel sobre termorregulação para ver ilustrações do processo em uma variedade de animais.
Os animais conservam ou dissipam o calor de várias maneiras. Animais endotérmicos têm alguma forma de isolamento. Eles têm pelo, gordura ou penas. Animais com pêlo ou penas grossas criam uma camada isolante de ar entre a pele e os órgãos internos. Ursos polares e focas vivem e nadam em um ambiente subcongelante, mas mantêm uma temperatura corporal constante e quente. A raposa ártica, por exemplo, usa sua cauda fofa como isolamento extra quando se enrola para dormir em climas frios. Os mamíferos podem aumentar a produção de calor corporal por meio de tremores, o que é um aumento involuntário na atividade muscular. Além disso, os músculos arreitores podem se contrair, fazendo com que os pelos individuais se levantem quando o indivíduo está com frio. Isso aumenta o efeito isolante do cabelo. Os humanos retêm essa reação, que não tem o efeito pretendido em nossos corpos relativamente sem pelos; em vez disso, causa “arrepios”. Os mamíferos também usam camadas de gordura como isolamento. A perda de quantidades significativas de gordura corporal comprometerá a capacidade do indivíduo de conservar calor.
Ectotérmicos e endotérmicos usam seus sistemas circulatórios para ajudar a manter a temperatura corporal. A vasodilatação, a abertura das artérias para a pele pelo relaxamento da musculatura lisa, traz mais sangue e calor à superfície corporal, facilitando a radiação e a perda de calor evaporativo, resfriando o corpo. A vasoconstrição, o estreitamento dos vasos sanguíneos até a pele pela contração de seus músculos lisos, reduz o fluxo sanguíneo nos vasos sanguíneos periféricos, forçando o sangue em direção ao núcleo e aos órgãos vitais, conservando o calor. Alguns animais têm adaptações ao sistema circulatório que lhes permitem transferir calor das artérias para as veias que fluem próximas umas das outras, aquecendo o sangue que retorna ao coração. Isso é chamado de troca de calor em contracorrente; evita que o sangue venoso frio resfrie o coração e outros órgãos internos. A adaptação em contracorrente é encontrada em golfinhos, tubarões, peixes ósseos, abelhas e beija-flores.
Alguns animais ectotérmicos usam mudanças em seu comportamento para ajudar a regular a temperatura corporal. Eles simplesmente procuram áreas mais frias durante a parte mais quente do dia no deserto para não esquentarem demais. Os mesmos animais podem subir nas rochas à noite para capturar o calor em uma noite fria no deserto antes de entrarem em suas tocas.
A termorregulação é coordenada pelo sistema nervoso (Figura\(\PageIndex{1}\)). Os processos de controle de temperatura estão centrados no hipotálamo do cérebro animal avançado. O hipotálamo mantém o ponto de ajuste da temperatura corporal por meio de reflexos que causam vasodilatação ou vasoconstrição e tremores ou sudorese. O sistema nervoso simpático sob controle do hipotálamo direciona as respostas que afetam as mudanças na perda ou ganho de temperatura que retornam o corpo ao ponto de ajuste. O ponto de ajuste pode ser ajustado em alguns casos. Durante uma infecção, compostos chamados pirogênios são produzidos e circulam para o hipotálamo, redefinindo o termostato para um valor mais alto. Isso permite que a temperatura do corpo aumente para um novo ponto de equilíbrio homeostático no que é comumente chamado de febre. O aumento do calor corporal torna o corpo menos ideal para o crescimento bacteriano e aumenta as atividades das células para que elas sejam mais capazes de combater a infecção.
CONEXÃO ARTÍSTICA
Quando as bactérias são destruídas pelos leucócitos, os pirogênios são liberados no sangue. Os pirogênios reiniciam o termostato do corpo para uma temperatura mais alta, resultando em febre. Como os pirogênios podem fazer com que a temperatura corporal aumente?
Osmoregulação
A osmorregulação é o processo de manter o equilíbrio de sal e água (equilíbrio osmótico) nas membranas do corpo. Os fluidos dentro e ao redor das células são compostos de água, eletrólitos e não eletrólitos. Um eletrólito é um composto que se dissocia em íons quando dissolvido na água. Um não eletrólito, ao contrário, não se dissocia em íons na água. Os fluidos do corpo incluem plasma sanguíneo, fluido que existe dentro das células e fluido intersticial que existe nos espaços entre as células e os tecidos do corpo. As membranas do corpo (tanto as membranas ao redor das células quanto as “membranas” feitas de células que revestem as cavidades corporais) são membranas semipermeáveis. As membranas semipermeáveis são permeáveis a certos tipos de solutos e à água, mas normalmente as membranas celulares são impermeáveis aos solutos.
O corpo não existe isoladamente. Há uma entrada constante de água e eletrólitos no sistema. O excesso de água, eletrólitos e resíduos é transportado para os rins e excretado, ajudando a manter o equilíbrio osmótico. A ingestão insuficiente de líquidos resulta na conservação de líquidos pelos rins. Os sistemas biológicos interagem constantemente e trocam água e nutrientes com o meio ambiente por meio do consumo de alimentos e água e por meio da excreção na forma de suor, urina e fezes. Sem um mecanismo para regular a pressão osmótica, ou quando uma doença danifica esse mecanismo, há uma tendência de acumular resíduos tóxicos e água, o que pode ter consequências terríveis.
Os sistemas de mamíferos evoluíram para regular não apenas a pressão osmótica geral nas membranas, mas também concentrações específicas de eletrólitos importantes nos três principais compartimentos de fluido: plasma sanguíneo, fluido intersticial e fluido intracelular. Como a pressão osmótica é regulada pelo movimento da água pelas membranas, o volume dos compartimentos do fluido também pode mudar temporariamente. Como o plasma sanguíneo é um dos componentes do fluido, as pressões osmóticas afetam diretamente a pressão arterial.
Sistema excretor
O sistema excretor humano funciona para remover resíduos do corpo através da pele como suor, os pulmões na forma de dióxido de carbono exalado e através do sistema urinário na forma de urina. Todos esses três sistemas participam da osmorregulação e remoção de resíduos. Aqui nos concentramos no sistema urinário, que é composto por rins pareados, ureter, bexiga urinária e uretra (Figura\(\PageIndex{2}\)). Os rins são um par de estruturas em forma de feijão que estão localizadas logo abaixo do fígado na cavidade corporal. Cada um dos rins contém mais de um milhão de pequenas unidades chamadas néfrons que filtram o sangue contendo os resíduos metabólicos das células. Todo o sangue do corpo humano é filtrado cerca de 60 vezes ao dia pelos rins. Os néfrons removem os resíduos, os concentram e formam a urina que é coletada na bexiga.
Internamente, o rim tem três regiões: um córtex externo, uma medula no meio e a pelve renal, que é a extremidade expandida do ureter. O córtex renal contém os néfrons — a unidade funcional do rim. A pelve renal coleta a urina e leva ao ureter na parte externa do rim. Os ureteres são tubos portadores de urina que saem do rim e se esvaziam para a bexiga urinária.
O sangue entra em cada rim pela aorta, a principal artéria que supre o corpo abaixo do coração, por meio de uma artéria renal. É distribuído em vasos menores até atingir cada néfron nos capilares. Dentro do néfron, o sangue entra em contato íntimo com os túbulos coletores de resíduos em uma estrutura chamada glomérulo. A água e muitos solutos presentes no sangue, incluindo íons de sódio, cálcio, magnésio e outros; assim como resíduos e substâncias valiosas, como aminoácidos, glicose e vitaminas, saem do sangue e entram no sistema tubular do néfron. À medida que os materiais passam pelo túbulo, grande parte da água, os íons necessários e os compostos úteis são reabsorvidos de volta aos capilares que cercam os túbulos, deixando os resíduos para trás. Parte dessa reabsorção requer transporte ativo e consome ATP. Alguns resíduos, incluindo íons e algumas drogas que permanecem no sangue, se difundem dos capilares para o fluido intersticial e são absorvidos pelas células tubulares. Esses resíduos são então secretados ativamente nos túbulos. O sangue então se acumula em vasos cada vez maiores e sai do rim na veia renal. A veia renal se une à veia cava inferior, a veia principal que devolve o sangue da parte inferior do corpo ao coração. As quantidades de água e íons reabsorvidos pelo sistema circulatório são cuidadosamente reguladas e essa é uma forma importante de o corpo regular seu conteúdo de água e os níveis de íons. O lixo é coletado em túbulos maiores e depois sai do rim no ureter, que leva à bexiga, onde a urina, a combinação de resíduos e água, é armazenada.
A bexiga contém nervos sensoriais, receptores de estiramento que sinalizam quando ela precisa ser esvaziada. Esses sinais criam a vontade de urinar, que pode ser suprimida voluntariamente até um limite. A decisão consciente de urinar desencadeia sinais que abrem os esfíncteres, anéis de músculo liso que fecham a abertura, para a uretra, que permite que a urina saia da bexiga e do corpo.
CARREIRA EM AÇÃO: Técnico em Diálise
A diálise é um processo médico de remoção de resíduos e excesso de água do sangue por difusão e ultrafiltração. Quando a função renal falha, a diálise deve ser feita para eliminar artificialmente o corpo de resíduos e fluidos. Esse é um processo vital para manter os pacientes vivos. Em alguns casos, os pacientes são submetidos à diálise artificial até serem elegíveis para um transplante renal. Em outros que não são candidatos a transplantes renais, a diálise é uma necessidade vitalícia.
Os técnicos de diálise geralmente trabalham em hospitais e clínicas. Embora algumas funções nesse campo incluam desenvolvimento e manutenção de equipamentos, a maioria dos técnicos de diálise trabalha no atendimento direto ao paciente. Suas funções no trabalho, que normalmente ocorrem sob a supervisão direta de uma enfermeira registrada, se concentram em fornecer tratamentos de diálise. Isso pode incluir a revisão do histórico e da condição atual do paciente, avaliar e responder às necessidades do paciente antes e durante o tratamento e monitorar o processo de diálise. O tratamento pode incluir coletar e relatar os sinais vitais de um paciente, preparar soluções e equipamentos para garantir procedimentos precisos e estéreis.
Resumo da seção
A homeostase é um equilíbrio dinâmico que é mantido nos tecidos e órgãos do corpo. É dinâmico porque está constantemente se ajustando às mudanças que os sistemas enfrentam. É um equilíbrio porque as funções do corpo são mantidas dentro de uma faixa normal, com algumas flutuações em torno de um ponto definido. Os rins são os principais órgãos osmorreguladores nos sistemas de mamíferos; eles funcionam para filtrar o sangue e manter as concentrações de íons dissolvidos dos fluidos corporais. Eles são formados internamente por três regiões distintas: córtex, medula e pelve. Os vasos sanguíneos que transportam sangue para dentro e para fora dos rins surgem e se fundem com a aorta e a veia cava inferior, respectivamente. O néfron é a unidade funcional do rim, que filtra ativamente o sangue e gera urina. A urina sai do rim pelo ureter e é armazenada na bexiga urinária. A urina é eliminada do corpo através da uretra.
Conexões artísticas
Figura\(\PageIndex{1}\): Quando as bactérias são destruídas pelos leucócitos, os pirogênios são liberados no sangue. Os pirogênios reiniciam o termostato do corpo para uma temperatura mais alta, resultando em febre. Como os pirogênios podem fazer com que a temperatura corporal aumente?
- Responda
-
Os pirogênios aumentam a temperatura corporal fazendo com que os vasos sanguíneos se contraiam, induzindo tremores e impedindo que as glândulas sudoríparas secretem fluido.
Glossário
- ectotérmica
- um organismo que depende principalmente de fontes de calor ambientais para manter sua temperatura corporal
- endoterma
- um organismo que depende principalmente de fontes internas de calor para manter sua temperatura corporal
- fluido intersticial
- o fluido encontrado entre as células do corpo, de constituição semelhante ao componente fluido do sangue, mas sem as altas concentrações de proteínas
- rim
- o órgão que desempenha funções excretoras e osmorreguladoras
- néfron
- a unidade funcional do rim
- osmorregulação
- o mecanismo pelo qual as concentrações de água e soluto são mantidas nos níveis desejados
- equilíbrio osmótico
- os valores apropriados das concentrações de água e soluto para um organismo saudável
- artéria renal
- a artéria que leva sangue ao rim
- veia renal
- a veia que drena o sangue do rim
- ponto de ajuste
- o valor-alvo de um estado fisiológico na homeostase
- ureter
- os tubos portadores de urina que saem do rim
- uretra
- o tubo que conduz a urina da bexiga urinária para o ambiente externo
- vesícula urinária
- a estrutura na qual os ureteres esvaziam a urina